基于層次分析法的垃圾填埋場臭氣污染選址的優化分析

黃茂凱 黃文欣 陳善智

摘 ?要：當今垃圾處理問題愈發引起人們注意，小的可以說是一個城市的問題，大的會涉及到國家層面。對于城市居民來說，垃圾處理帶來的臭氣問題才是最擾民生的，亟需行之有效的解決方案。于是，本文將從氣象學、空氣動力學等學科入手，聯系實際的城市“熱島效應”，以及季節性氣候和不可測天氣情況，還有風向等問題，利用數學分析、高等數學與一些物理學的公式進行定性分析，并為城市作一定的評估，為城市垃圾填埋場選址做出較為優化的選擇。

關鍵詞：熱島效應;臭氣污染;層次分析法;垃圾填埋場選址

一、背景

一年前中國“洋垃圾”限令，最近菲律賓、馬來西亞的限令，迫使各個國家采取更為有效且環保的方式來對待垃圾處理問題，其中，對于城市居民來說，垃圾處理帶來的臭氣問題才是最擾民生的，亟需行之有效的解決方案。

在垃圾處理地的選擇上，自然會有不同的地價，地價選擇和臭氣污染之間的優化平衡共同促進垃圾填埋場的選址。

二、建立模型求解

（一）基本模型參數

（1）城市規劃一般以矩形、扇形、同心圓的規劃區域，于是引入平面重心，進而給出一個重心距的概念，假設城市區域是連續的，那么城市任意一點都是收斂的。假設填埋場到重心的距離，記為r（A），A為重心偏轉角。

（2）臭氣傳播的速度與動力阻力有關，熱島大氣環流速度（Vq）=熱動力（Frd）/全流程阻力（hz）

（3）風向因素固定時和雨天，那么不用考慮“熱島效應”。

（4）風向方向的強勁程度定為deg（F）。

（二）模型求解過程

假設填埋場到重心的距離，記為r（A），A為重心偏轉角，單位距離人數為p，假設臭氣傳播速度為Vq，風向方向的風力強勁程度定為deg（F）。

1、如果常年季風風向，選擇你地必須是順風向的城郊少人區或無人區

2、以正東方向為正方向，A以正方向逆時針計算

3、可以找到一個A。使得r（A。）方向與風向相反（r（A。）方向是填埋場到重心）

4、熱島大氣環流速度（Vq）=熱動力（Frd）/全流程阻力（hz）

5、熱動力（Frd）與溫度差T成正比，可表為Frd=kT

6、假設單位時間臭氣受眾為Q，則Q=Vq =kT / hz

7、假設傳播時間為t，在r（A。）上某段距離r。（A。），必然使得deg（F）+hz=Frd，此時則有在特定地點的受眾Qc=Vq x t=kT x t / hz，其中t=r。（A。）x p / Q

結果分析：由以上模型可知，一個城市的垃圾填埋場應該選擇的是順季風風向且距離城市非環流點較近處。

三、層次分析法的模型優化

假設選址方向上有垃圾填埋場C1，C2，C3，C4選址可供選擇，現采取層次分析法對選址做出最優化選擇。

（一）層次分析法的模型求解

（1）由于每個垃圾填埋場的處理效果不同，根據人們對垃圾的比例和量給出不同的權重，而經過層次分析法后，總權重越大表明處理效果越好。

（2）建立層次結構

（3）建立判斷矩陣，對P1，P2，P3，P4兩兩進行比較，生活垃圾P1與化工制品有毒氣體P2之比為1/2，記為a12=1/2;生活垃圾P1與剩菜剩飯腐臭P3之比為1/3，記為a13=1/4;生活垃圾P1與生物制品腐化P4之比為1/3，記為a14=1/3;化工制品有毒氣體P2與與剩菜剩飯腐臭P3之比為1/2，記為a23=1/2;化工制品有毒氣體P2與生物制品腐化P4之比為1/2，記為a24=1/2;剩菜剩飯腐臭P3與生物制品腐化P4之比為1/3，記為a34=1/3;由此組成判斷矩陣A。

（7）所以，該矩陣符合一致性檢驗，所以W可以作為大致人們丟棄廢氣的權向量。

（8）得到權向量W=（w1，w2，w3，w4）=（0.106，0.185，0.265，0.445）

（二）分析結果

評分結果：人們對四個垃圾填埋場的垃圾產生廢氣處理效果總權重評分為：S1=6.338，S2=5.89，S3=6.001，S4=6.207。按照層次分析法計算，明顯應該選址垃圾填埋場C1。

深層分析：每個選址產生的運營費用是不同的，我們給出必要的費用模型。

費用模型：假設垃圾填埋場C2是選址在農田上的，而垃圾填埋場C1和垃圾填埋場C3在荒地上，垃圾填埋場C4在荒地和農田的結合處上，每個選址兩萬平方米。農田地價100萬，一萬五平方米內每平方米4元處理費，多出部分每平方米符合一次函數模型：Y=0.0020X+4;荒地地價80萬，一萬五平方米內每平方米3元處理費，多出部分每平方米符合一次函數模型：Y=0.0010X+3;農田地價90萬，一萬五平方米內每平方米3.5元處理費，多出部分每平方米符合一次函數模型：Y=0.0015X+3.5。

則它們的支出費用分別為：V1=V3=872500元，V2=1105000元，V3=988750元。

因為在選址荒地的垃圾填埋場C1和垃圾填埋場C3所需費用最少。綜合垃圾填埋場應該選擇垃圾填埋場C1。

參考文獻

[1] ?蘇宏偉;蔡宏《緩解城市熱島效應的有效路徑》-環境經濟 - 2017